(57)【要約】【課題】路面粗さをタイヤの摩耗に与える影響を評価しうるように数値化しうる、路面粗さの分析方法の提供。【解決手段】路面の粗さを分析する方法であって、路面の粗さを測定するステップと、測定された路面の粗さを、小さいカットオフ値を設定して処理するミクロ粗さ取得ステップと、上記測定された路面の粗さを、上記小さいカットオフ値より大きいカットオフ値を設定して処理するマクロ粗さ取得ステップと、上記ミクロ粗さ取得ステップにおける測定値と、マクロ粗さ取得ステップにおける測定値とにより、二次元座標上で上記路面の粗さ特性を特定するステップとを含んでいる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面の粗さを分析する方法であって、
路面の粗さを測定するステップと、
測定された路面の粗さを、小さいカットオフ値を設定して処理するミクロ粗さ取得ステップと、
上記測定された路面の粗さを、上記小さいカットオフ値より大きいカットオフ値を設定して処理するマクロ粗さ取得ステップと、
上記ミクロ粗さ取得ステップにおける測定値と、マクロ粗さ取得ステップにおける測定値とにより、二次元座標上で上記路面の粗さ特性を特定するステップとを含んでいる路面粗さの分析方法。
【請求項２】
上記小さいカットオフ値が、路面の骨材表面の粗さに対応する範囲内で設定される数値であり、上記大きいカットオフ値が、路面の骨材の大きさに対応する範囲内で設定される数値である請求項１に記載の路面粗さの分析方法。
【請求項３】
上記小さいカットオフ値が、０．１ｍｍ以上１．１ｍｍ以下であり、上記大きいカットオフ値が、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の路面粗さの分析方法。
【請求項４】
上記路面の粗さの測定が、三次元レーザー変位計により、上記路面上の互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれに間隔をおいてなされる請求項１から３のいずれかに記載の路面粗さの分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路面粗さの分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のタイヤは走行によって摩耗し、損傷もする。摩耗及び損傷は、路面との摩擦によって引き起こされる。路面の粗さは、タイヤの摩耗及び損傷に対して密接な関係がある。路面の粗さは種々の方法で測定され、評価もなされている。
【０００３】
路面粗さの分析方法としては、ＪＩＳ  Ｄ８３０１の附属書Ｆに規定された「体積法による舗装面のマクロのきめ深さの測定」が知られている。ここに規定された測定方法は、サンドパッチ法と呼ばれている。この方法では、路面上に多数個の微少なガラスビーズが散布される。ガラスビーズは、路面の凹所を埋め尽くすようにして円形状に拡げられる。円形状に拡げられたガラスビーズ群の直径及び体積が測定され、この測定値に基づいて路面の滑り抵抗、騒音特性の適切性が決定されうる。この測定方法は、路面のマクロのきめの測定に有効である。しかしながら、この測定方法は、路面の骨材の形状、寸法等は測定の対象ではなく、路面を走行するタイヤに与える影響を評価するのには適さない。
【０００４】
路面粗さを、人の官能によって評価することもなされている。この場合、評価者の相違により、評価結果に差異が生じる可能性がある。さらに、官能によって得られた評価結果を測定値として表現することは困難である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｄ８３０１  附属書Ｆ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、路面粗さを、タイヤの摩耗に与える影響を評価しうるように数値化することのできる、路面粗さの分析方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る路面粗さの分析方法は、
路面の粗さを測定するステップと、
測定された路面の粗さを、小さいカットオフ値を設定して処理するミクロ粗さ取得ステップと、
上記測定された路面の粗さを、上記小さいカットオフ値より大きいカットオフ値を設定して処理するマクロ粗さ取得ステップと、
上記ミクロ粗さ取得ステップにおける測定値と、マクロ粗さ取得ステップにおける測定値とにより、二次元座標上で上記路面の粗さ特性を特定するステップとを含んでいる。
【０００８】
好ましくは、上記小さいカットオフ値が、路面の骨材表面の粗さに対応する範囲内で設定される数値であり、上記大きいカットオフ値が、路面の骨材の大きさに対応する範囲内で設定される数値である。
【０００９】
好ましくは、上記小さいカットオフ値が、０．１ｍｍ以上１．１ｍｍ以下とされ、上記大きいカットオフ値が、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下とされる。
【００１０】
好ましくは、上記路面の粗さの測定が、三次元レーザー変位計の走査により、上記路面上の互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれに間隔をおいてなされる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る路面粗さの分析方法によれば、路面粗さを、タイヤの摩耗に与える影響を評価しうるように数値化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る路面粗さの測定に用いられる路面形状のレプリカを示す斜視図であり、図１（ｂ）は、レプリカの粗さ測定のスキャンの方向及びピッチを示す説明図である。
【図２】図２は、図１のレプリカを用いて測定した路面粗さから、粗さの偏差が求められる過程を示すグラフである。
【図３】図３は、図２のグラフに示された路面粗さが、カットオフ値によって処理される過程を示すグラフである。
【図４】図４は、測定された路面粗さの分布を、マクロ粗さとミクロ粗さとによって表現したグラフである。
【図５】図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）はそれぞれ、図４の路面粗さの分布を、市場クレームの内容ごとに分類して表示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１４】
本発明の実施形態に係る路面粗さ分析法は、
（１）路面粗さを測定するステップと、
（２）測定された路面の粗さを、小さいカットオフ値及び大きいカットオフ値を設定して処理するミクロ及びマクロの各粗さを取得するステップと、
（３）上記ミクロ及びマクロの粗さ取得ステップにおける測定値により、二次元座標上で上記路面の粗さ特性を特定する、いわば路面粗さマップの作成ステップとを含んでいる。
【００１５】
図１（ａ）に示されるように、上記路面粗さ測定ステップにおいては、測定対象である走行路の路面形状の型どり（サンプリング）が行われる。サンプリングでは、路面にシリコーン印象材を付着させることにより、路面のレプリカ１が採取される。レプリカ１の、上記路面に対応する表面の粗さが測定される。レプリカ１は、一つの路面に対して一個のみ形成されてもよく、複数個形成されてもよい。このレプリカ１は、路面の１００ｍｍ×１００ｍｍの範囲についてサンプリングしたものである。すなわち、レプリカ１の長さｘは１００ｍｍであり、幅ｙも１００ｍｍである。本実施形態におけるレプリカ１の平面視形状は正方形である。レプリカ１の長さ方向（Ｘ軸方向）は、走行路の走行方向（車線方向）Ａと一致し、幅方向（Ｙ軸方向）は走行路の幅方向に一致している。本発明では、レプリカ１のサイズは１００ｍｍ×１００ｍｍには限定されない。長さｘ及び幅ｙともに、１００ｍｍ以上であってもよく、１００ｍｍ未満であってもよい。しかし、１００ｍｍ×１００ｍｍ及びこれに近いサイズは、取り扱いが容易であり、取得すべきデータ量も十分であるので好ましい。
【００１６】
採取されたレプリカ１の表面形状（路面粗さ）は、図示しないレーザー式三次元測定器（三次元レーザー変位計）を用いて測定される。この測定器は、レーザー光を用いて、非接触で、レプリカ１の表面との離間距離であるＺ軸方向寸法を測定することができる。すなわち、レプリカ１の表面の粗さである凹凸を測定することができる。測定器の測定用プルーブは、レプリカ１のＹ軸方向に走査（スキャン）して連続的に粗さを測定し、Ｘ軸方向にもスキャンして連続的に粗さを測定する。図１（ｂ）に示されるように、レプリカ１のＹ軸方向測定スキャン２Ｙは、走行方向（Ｘ軸）に沿って１００μｍ間隔で８００本以上、Ｘ軸方向スキャン２Ｘは、走行方向に垂直方向（Ｙ軸）に沿って５００μｍ間隔で１６０本以上である。測定用プルーブのスキャン速度は４６ｍｍ／ｓに設定されている。上記スキャンピッチ及びスキャン速度は一例であり、これらに限定はされない。
【００１７】
図２には、測定用プルーブをレプリカ１のＸ軸方向にスキャンさせることによって測定したレプリカ表面の断面形状が示されている。この断面形状は、Ｘ軸方向の粗さ曲線ｆ（ｘ）を示す。スキャン長さはＸ軸方向にＬで示されている。Ｚ軸は粗さ（凹凸）を表す。図示しないが、Ｙ軸方向の測定値（断面形状）からも、同様にＹ軸方向の粗さ曲線が求められる。以下、Ｘ軸方向の粗さが代表として説明される。下記の数式により、粗さ曲線ｆ（ｘ）からＸ軸方向の粗さの偏差Ｒａが求められる。
【数１】
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Ｘ軸方向の偏差ＲａとＹ軸方向の偏差Ｒａとの平均値が、算術平均粗さ（単位：μｍ）とされる。
【００１８】
上記測定器による直接の測定値（オリジナルデータ）は、路面のうねり等の大きな凹凸成分も含まれている。うねりは、路面の粗さとは無関係の特性である。上記ミクロ及びマクロの粗さ取得ステップでは、オリジナルデータからこのような不要成分を除去するために、カットオフ値が採用される。カットオフ値とは、その値以上の測定値は、正常な範囲の値（路面粗さとみなされる値）ではないとして、除外するための閾値である。カットオフ値は、路面の粗さとみなされる値の範囲を特定するために設定される。ここで、カットオフ値として示される値は、路面の凹凸の平面視での大きさに対応するものである。すなわち、カットオフ値として示される値は、Ｚ軸方向に見たときの各凹凸のＸ軸方向又はＹ軸方向の大きさに対応する値である。
【００１９】
図３に例示されるように、ミクロ及びマクロの粗さ取得ステップにおいては、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のいずれの粗さ測定値も、大小の二種類のカットオフ値が適用されて処理される。具体的には、図３に示されるように、図２に示された路面の断面から、そのＸ軸方向の値Ｎがカットオフ値を超えている大きさの凹凸３が除去される（図中、白抜きで示される）。その結果、図３に示される処理後の粗さの偏差Ｒａは、カットオフ処理前の図２に示される偏差Ｒａから変化する。図示されないが、Ｙ軸方向の粗さ曲線についても、上記と同様の処理がなされる。
【００２０】
この処理により、ミクロ粗さとマクロ粗さとが得られる。小さいカットオフ値は、０．６ｍｍ±０．５ｍｍの範囲から選択される。大きいカットオフ値は、２５ｍｍ±１５ｍｍの範囲から選択される。二種類のカットオフ値の各範囲が上記のように設定されたのは、経験的に、骨材表面の粗さは平面視で０．１〜１．０ｍｍの範囲であり、骨材の大きさは平面視で１０〜３０ｍｍの範囲であると把握されているためである。小さいカットオフ値が、測定値から骨材の寸法や路面のうねりを除去するので、結果的にミクロ粗さとしての骨材表面の粗さ測定値が得られる。大きいカットオフ値が、路面のうねりを除去するので、結果的にマクロ粗さとしての骨材自身の大きさの測定値が得られる。また、タイヤのトレッド面におけるブロックは、その前後方向寸法が一般的に平面視で約４０ｍｍ以上である。従って、ブロックの接地面の摩耗等を評価するために、カットオフ値は４０ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００２１】
小さいカットオフ値が０．１未満であると、対象路面におけるタイヤの摩耗の評価が困難になるおそれがある。一方、小さいカットオフ値が１.１ｍｍを超えると、タイヤに対して、骨材表面の粗さに起因する問題以外の問題が生じるおそれがある。大きいカットオフ値が１０ｍｍ未満であると、骨材の大きさを測定することができなくなるおそれがある。一方、大きいカットオフ値が４０ｍｍを超えると、タイヤに対して、路面の骨材の大きさに起因する問題以外の問題が生じるおそれがある。大きいカットオフ値（２５ｍｍ±１５ｍｍ）は、路面のうねりと考えられる凹凸を除去するために設定される。小さいカットオフ値（０．６ｍｍ±０．５ｍｍ）は、骨材自身の大きさ（骨材寸法）及び路面のうねりと考えられる凹凸を除去するために設定される。
【００２２】
以上のごとく、大小二種類のカットオフ値が適用されることにより、一つのレプリカ１から、一の路面のミクロ粗さとマクロ粗さとが測定されうる。一つのレプリカ１から得られるミクロ粗さ測定値とマクロ粗さ測定値とは、一つずつである。路面の粗さが、骨材表面の粗さというミクロな観点で特定されるとともに、同じ路面の粗さが、骨材の大きさというマクロな観点でも特定されうる。これにより、市場の路面に対する摩耗クレーム及び損傷クレームのデータを適用した、路面粗さの評価が可能となる。
【００２３】
路面との摩擦によってタイヤに生じる応力と歪みより、タイヤの摩耗のメカニズムが概ね以下の二つに分けられる。
（１）引っ掻きによる摩耗；
引っ掻きによる摩耗には、路面の骨材自身の大きさが影響する。応力、歪みが大きい場合には、ゴムが破壊して削られる。粗い路面ではこのような摩耗が生じやすいと考えられる。
（２）粘着による摩耗；
粘着による摩耗には、路面の骨材表面の粗さが影響する。応力、歪みが小さい場合には、ゴムのヒステリシスロスによって化学結合が破壊される。滑らかな路面ではこのような摩耗が生じやすいと考えられる。
【００２４】
摩耗に起因する具体的な損傷と路面粗さとの関係が以下に例示される。
（１）チッピング；
チッピングは、切り傷によるタイヤブロックの損傷である。骨材の角度が鋭い路面や突出高さが高い路面ではチッピングが生じやすい。骨材が大きいほど、角度が鋭くなり、突出高さが高くなる傾向があるので、チッピングを誘発しやすい。
（２）早期摩耗；
骨材が大きく、且つ、骨材の表面が粗いほど、摩耗が促進されやすく、早期摩耗が発生しやすい。
（３）Ｈ＆Ｔ（ヒルアンドトゥ）摩耗；
Ｈ＆Ｔ摩耗は、タイヤブロック内の路面への先着と後着との摩耗量の差である。発生と成長との二つの段階で、主にすべりに起因して発生する。このすべりは、路面が引っ掻きも粘着も起こりにくい状態であるほど生じやすい。すなわち、Ｈ＆Ｔ摩耗は、骨材自身が小さく、骨材の表面が滑らかである方が発生しやすい。
【００２５】
図４が参照されつつ、路面粗さマップ作成ステップが説明される。この路面粗さマップとは、縦横の一方の軸に大きいカットオフ値によるマクロ粗さをとり、他方の軸に小さいカットオフ値によるミクロ粗さをとったグラフに、市場における摩耗クレームのあったコース路面の粗さ値をプロットしたものである。本実施形態では、横軸にマクロ粗さ、縦軸にミクロ粗さをとっている。まず、縦軸の小さいカットオフ値として０．８ｍｍが設定され、横軸の大きいカットオフ値として２５ｍｍが設定されることにより、路面粗さマップのベースが作成される。このベースに、実際に測定された路面のデータがプロットされ、路面粗さマップができあがる。マップ上にプロットされた市場の路面に対する実際の摩耗クレームを表示すると、各種摩耗と路面粗さとの相関性が確認できる。
【００２６】
プロットされた各路面に対する摩耗損傷のクレームは、「チッピング」、「早期摩耗」及び「Ｈ＆Ｔ摩耗」に分類される。チッピングは○印で示されている。早期摩耗は△印で示されている。Ｈ＆Ｔ摩耗は×印で示されている。この路面粗さマップによれば、「チッピング」が発生しやすい路面粗さの範囲、「早期摩耗」が発生しやすい路面粗さの範囲、及び、「Ｈ＆Ｔ摩耗」が発生しやすい路面粗さの範囲の想定が可能である。すなわち、タイヤの摩耗及び損傷の観点から、路面粗さの分析が可能となる。
【００２７】
図５（ａ）から図５（ｃ）にはそれぞれ、路面粗さマップが示されている。図５（ａ）から図５（ｃ）はそれぞれ、図４のグラフに基づき、市場クレームの内容ごとに分類して表示したグラフである。いずれのグラフにおいても、縦軸は小さいカットオフ値０．８ｍｍが設定されたミクロ路面粗さを示し、横軸は大きいカットオフ値２５ｍｍが設定されたマクロ路面粗さを示している。図５（ａ）には、「チッピング」のクレームがあったコースが○印で示されている。図５（ｂ）には、「早期摩耗」のクレームがあったコースが△印で示されている。図５（ｃ）には、「Ｈ＆Ｔ摩耗」のクレームがあったコースが×で示されている。
【００２８】
上記路面粗さマップ上にプロットされた路面に関する摩耗クレームを表示すると、各種摩耗と路面粗さとの相関性が確認できる。すなわち、上記路面粗さマップから、実際の路面の小さいカットオフ値（０．８ｍｍ）による粗さと、大きいカットオフ値（２５ｍｍ）による粗さとの組み合わせにより、当該路面においていかなるタイヤ損傷のおそれがあるかを推測することが可能である。以下がその例示である。
【００２９】
（１）チッピングが発生するおそれがある路面粗さレベルは、カットオフ値０．８ｍｍで７μｍ以上９μｍ未満であり、カットオフ値２５ｍｍで２０μｍ以上７０μｍ未満である。
（２）早期摩耗が発生するおそれがある路面粗さレベルは、カットオフ値０．８ｍｍで５μｍ以上９μｍ未満であり、カットオフ値２５ｍｍで２０μｍ以上７０μｍ未満である。
（３）Ｈ＆Ｔ摩耗が発生するおそれがある路面粗さレベルは、カットオフ値０．８ｍｍで５μｍ未満であり、カットオフ値２５ｍｍで２０μｍ未満である。
【００３０】
図５（ａ）から図５（ｃ）におけるカットオフ値として、０．８ｍｍ及び２５ｍｍが設定されている。これは、例えば、ある特定の粗さ解析用プログラムにおいて、カットオフ値として任意の数値を設定することができず、用意された複数個のカットオフ値のうちから選択する必要がある場合等によるものである。従って、本発明では、前述したとおり、小さいカットオフ値は、０．６ｍｍ±０．５ｍｍの範囲から選択され、大きいカットオフ値は、２５ｍｍ±１５ｍｍの範囲から選択されるのが好ましい。
【００３１】
カットオフ値が、０．８ｍｍ及び２５ｍｍから、前述の範囲（０．６ｍｍ±０．５ｍｍ、及び、２５ｍｍ±１５ｍｍ）内で変更された場合、図４及び図５（ａ）から図５（ｂ）にプロットされた複数個の点は、その分布の傾向を概ね保ったままグラフ上のＸＹ各軸方向に移動する。例えば、小さいカットオフ値を０．８ｍｍからより小さい０．３ｍｍに変更した場合、グラフ上のプロット群は、相互の分布傾向を概ね保ったまま、０に接近するように下方に変位する。大きいカットオフ値を２５ｍｍからより小さい１５ｍｍに変更した場合、グラフ上のプロット群は、相互の分布傾向を概ね保ったまま、０に接近するように左方に変位する。カットオフ値がより大きい数値に変更された場合には、プロット群は、相互の分布傾向を概ね保ったまま、０から離間する方向に上方又は右方に変位する。従って、路面粗さからタイヤ損傷のタイプを想定しうるという、路面粗さマップとしての機能は損なわれない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上説明された路面粗さの分析方法は、タイヤの開発、そのためのテスト結果の評価等に適用されうる。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・レプリカ
２Ｘ、２Ｙ・・・（レプリカの）測定スキャン
３・・・カットオフ値を超えた凹凸
Ａ・・・（車両等の）走行方向
ｘ・・・（レプリカの）長さ
ｙ・・・（レプリカの）幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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